KR101415553B1 - Device for culturing micro algae - Google Patents

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Abstract

본 발명의 미세 조류 배양 장치에 관한 것으로서, 미세 조류의 밀도에 따라 적어도 2단계 이상으로 분류되는 각각의 배양기들을 거처 점차 고 밀도로 배양하도록 하며, 이때 각 배양기들은 수로형 연못 형태의 다수의 채널들을 밀폐된 챔버 내에 다층 구조로 형성하고 다층 구조의 채널들 사이를 순환시키며 광생물 반응을 통해 좀더 효과적으로 미세 조류의 배양할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. In the microalgae culture apparatus of the present invention, at least two incubators classified into at least two stages according to the density of microalgae are cultured in a gradually increasing density, wherein each of the incubators includes a plurality of channels in the form of a channel- Layered structure in a closed chamber, circulating the channels of the multi-layer structure, and allowing microalgae to be cultured more effectively through photobioreaction.

Description

미세 조류 배양 장치{DEVICE FOR CULTURING MICRO ALGAE}{DEVICE FOR CULTURING MICRO ALGAE}

본 발명은 미세 조류 배양 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 수로형 연못 형태의 다수의 채널들을 밀폐된 챔버 내에 다층 구조로 형성하고, 다층 구조의 채널들 사이를 순환시키며 광생물 반응을 통해 미세 조류를 증식 배양할 수 있도록 하는 미세 조류 배양 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a microalgae culture apparatus, and more particularly, to a microalgae culture apparatus in which a plurality of channels in the form of a water channel pond are formed into a multi-layered structure in a closed chamber, circulating channels in a multilayered structure, To a culture apparatus for microalgae.

주지된 바와 같이, 미세 조류는 다양한 능력에 기인하여, 폐수의 처리, 이산화탄소의 고정화 등의 역할을 수행할 수 있으며 연료물질, 화장품, 사료, 식용 색소와 의약용 원료 물질 등의 유용 물질을 생산하는 목적으로 사용되어 왔고, 유용한 고부가가치 물질들이 지속적으로 발견되어 그 활용범위를 넓혀 가고 있다.As is well known, microalgae can perform functions such as treatment of wastewater, immobilization of carbon dioxide, etc. due to various abilities and produce useful substances such as fuel materials, cosmetics, feeds, food coloring materials and medicinal raw materials Has been used for a long time and useful high-value-added materials have been continuously discovered and are being widely used.

최근 산업체 배출 CO₂가 지구 온난화의 주범으로 지목됨에 따라 CO₂를 고정화하기 위해 미세 조류를 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, industrial CO2 emissions have been pointed out as the main cause of global warming, and researches to utilize microalgae to immobilize CO2 have been actively conducted.

미세 조류의 생체 중량 및 유용생산물 증가에 영향을 미치는 것으로써 배지의 조성, 온도, pH, 광도, 광량 등의 많은 요인들이 존재하지만, 그 중에서도 광합성 미세 조류의 특성상 빛이 차지하는 비중이 가장 크다.There are many factors such as composition, temperature, pH, luminous intensity, and light intensity of medium, which affect the biomass weight of microalgae and the increase of useful products. Among them, light has the largest proportion of light microalgae.

일반적으로 이산화탄소 고정화를 목적으로 광합성 미세 조류를 배양하는 장치는 크게 옥외에서 대량 배양을 하는 것(open system)과 미세 조류 배양용 광생물 반응기를 이용하는 것(closed system)으로 나눌 수 있다.In general, a device for culturing photosynthetic microalgae for the purpose of immobilization of carbon dioxide can be roughly classified into an open system (open system) and a closed system (microbiological reactor).

수로형 연못(raceway pond)을 포함하는 옥외 대량 배양 장치의 경우 주로 호수 내지 대형 연못과 같은 형태의 반응시설을 사용하고 있으며 일부 국가에서만 상용화되고 있다.In the case of an outdoor mass culture device including a raceway pond, a reaction facility such as a lake or a large pond is used, and it is commercialized only in some countries.

그러나 이러한 형태의 배양시설은 초기 투자비가 적고 유지관리가 용이한 장점은 있으나, 오염, 분리 및 정제의 어려움, 낮은 세포농도, 많은 기질량(특히, 질소원), 높은 수질 및 수량의 요구, 불규칙한 기후 조건, 비싼 인건비 등의 문제들 때문에 그 설치가 극히 제한적일 수밖에 없다.However, this type of culture facility has the advantages of low initial investment and easy maintenance, but it is difficult to clean, separation and purification, low cell concentration, large substrate (especially nitrogen source), high water quality and quantity demand, irregular climate The installation is very limited due to problems such as conditions and expensive labor costs.

특히, 배양장치 내부로 효과적인 빛 전달이 이루어지지 않아 균체의 성장속도가 느리고 균체의 성장 수율이 낮으며, 많은 양의 이산화탄소를 제거하기 위해서는 넓은 설치 공간이 필요한 단점을 갖는다. 따라서 우리나라와 같이 반응시설에 요규되는 부지의 확보가 어려운 국가에서는 적용되지 못하고 있는 실정이다.In particular, since the effective light transmission is not performed in the culture apparatus, the growth rate of the cells is slow, the growth yield of the cells is low, and a wide installation space is required to remove a large amount of carbon dioxide. Therefore, it is not applicable in countries where it is difficult to acquire land required for reaction facilities like Korea.

이러한 옥외 대량 배양장치의 문제점들을 해결하기 위해, 작은 크기의 반응기를 통해 고농도 배양을 함으로써 옥외 대량 배양장치에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하고, 유용 물질의 농도도 더 높은 고품질의 제품을 생산하고자 하였다.In order to solve the problems of such an outdoor mass culture apparatus, a high-concentration culture is carried out through a small-sized reactor to produce an amount equal to or greater than that of the outdoor mass culture apparatus, .

이에 따라, 1980년대부터 크기가 작고 고농도의 배양을 할 수 있는 실내형이라 부르는 소형의 각종 미세 조류 배양용 광생물 반응기가 연구 개발되고 있는데, 미세 조류 배양용 광생물 반응기는 옥외 대량 배양장치에 비해 초기 투자비와 관리 유지비가 상대적으로 높은 단점이 있으나, 높은 균체 성장 속도를 기대할 수가 있고 운전조건 조절이 용이하다는 장점이 있다.Accordingly, a photobioreactor for culturing various microalgae, which is called an indoor type capable of culturing small-sized and high-concentration microarrays, has been developed since the 1980s. The photobioreactor for microalgae cultivation has been compared with an outdoor mass culture apparatus Although there is a disadvantage that the initial investment cost and the maintenance cost are relatively high, it is possible to expect a high growth rate of the cells and to easily control the operating conditions.

현재 개발되어 있는 형태로는 일반 교반형 반응기, 판형 반응기, 관형 반응기, 칼럼형 반응기 등이 있고, 이러한 모든 종류의 반응기는 빛의 효율적인 전달이 반응기 설계에 있어서 가장 중요한 점이 되고 있다.Currently developed types include general stirrer type reactors, plate reactors, tubular reactors, column type reactors and the like. All of these reactors are most important in the design of reactors for efficient light transmission.

미세 조류세포의 농도가 낮을 때에는 배지, 기체 주입 등이 세포의 증식에 가장 중요한 요인이 되지만, 고농도에 도달하면 광도가 가장 중요한 인자가 된다. 왜냐하면 농도가 높아질수록 빛의 투과 길이가 짧아지기 때문이다.When the concentration of microalgae cells is low, medium or gas injection is the most important factor for cell proliferation. However, when the concentration of microalgae cells is reached, luminous intensity is the most important factor. This is because the higher the concentration, the shorter the transmission length of the light.

즉, 미세 조류가 배양되는 동안 가해지는 빛은 미세 조류가 성장하면서 점점 부피가 커지게 되며 이로 인하여 반응기 표면에 있는 미세 조류는 빛을 계속 공급 받을 수 있으나 반응기 내부에 있는 미세 조류는 표면의 미세 조류로 인하여 그림자 효과가 생기므로 성장하는데 필요한 빛의 양을 충분히 공급받을 수 없게 된다.That is, the light applied during the microalgae culture grows larger as the microalgae grow. As a result, the microalgae on the surface of the reactor can be supplied with the light, but the microalgae inside the reactor can be microalgae The shadow effect is generated, so that the light amount required for growth can not be supplied sufficiently.

그러나 현재까지 고안된 대부분의 미세 조류용 미세 조류 배양용 광생물 반응기들은 이러한 점을 극복하지 못하였고, 그 때문에 여타의 미생물용 생물 반응기에 비하여 그 생산 효율이 떨어졌다.However, the photobioreactors for the microalgae cultivation for most microalgae designed to date have not been able to overcome this point, and their production efficiency has been lowered compared with other microbial bioreactors.

이를 극복하여 효율적으로 빛을 전달하기 위해. 최근에는 내부광원을 이용한 미세 조류 배양용 광생물 반응기가 연구되고 있다.To overcome this and efficiently transmit light. Recently, a photobioreactor for microalgae cultivation using an internal light source has been studied.

널리 사용되고 있는 미세 조류 배양용 광생물 반응기로는 외부광원으로 태양광을 이용하는 관형 미세 조류 배양용 광생물 반응기와 판넬형 미세 조류 배양용 광생물 반응기 등이 알려져 있다. 상기 반응기는 태양광에 노출되는 조사 면적을 최대화하고 배양액 내부로의 빛 투과 거리를 짧게 하기 위하여, 좁고 긴 직사각형 또는 원통형 파이프를 조밀하게 밀착시켜 배양액을 순환시키는 구조를 갖는다.Known photobioreactors for microalgae culture widely known include photobioreactors for culturing tubular microalgae using sunlight as an external light source and photobioreactors for culturing panel microalgae. In order to maximize the irradiation area exposed to sunlight and shorten the light transmission distance to the inside of the culture liquid, the reactor has a structure in which a narrow and long rectangular or cylindrical pipe is tightly adhered closely to circulate the culture liquid.

이러한 미세 조류 배양용 광생물 반응기는 각각의 형태에 있어서 장 단점을 가지고 있다. 특히, 내부 광원으로써 섬유를 이용한 반응기는 광효율은 좋으나 세포가 광섬유 표면에 부착하는 문제점이 있다.The photobioreactor for microalgae cultivation has a drawback in each form. Particularly, a reactor using fibers as an internal light source has a problem in that the optical efficiency is good but the cells adhere to the surface of the optical fiber.

또한, 내부 광원으로써 형광등 등의 광원을 사용하는 경우, 연속적으로 장치를 작동하여야 하고 이에 따라 전기(에너지)를 과도하게 사용하므로 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.
In addition, when a light source such as a fluorescent lamp is used as an internal light source, there is a problem in that it is not efficient because the device must be operated continuously and the electricity (energy) is excessively used.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0037313호(2012.04.19)Korean Patent Publication No. 10-2012-0037313 (Apr. 19, 2012) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0100747호(2011.09.15)Korean Patent Publication No. 10-2011-0100747 (September 15, 2011) 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0057882호(2002.05.21)Korean Patent Publication No. 10-2002-0057882 (May 21, 2002)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수로 연못(Raceway pond)반응기과 광생물 반응기(Photobioreactor)의 장점들을 조합하여, 수로형 연못 형태의 다수의 채널들을 밀폐된 챔버 내에 다층 구조로 형성하고 다층 구조의 채널들 사이를 순환시키며 광생물 반응을 통해 미세 조류의 배양할 수 있도록 하는 미세 조류 배양 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems by combining the advantages of a Raceway pond reactor and a photobioreactor to form a plurality of channels in the form of a channel pond into a multi- And to provide a microalgae culturing apparatus capable of circulating microalgae through circulation of channels of multi-layered structure through photobioreaction.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 조류 배양 장치는, 미세 조류들이 밀도에 따라 적어도 2 단계 이상으로 분류되는 각각의 배양기들을 거쳐 점차 높은 밀도로 미세 조류를 증식 배양하는 미세 조류 배양 장치에 있어서, In order to accomplish the above object, the present invention provides a microalgae culture apparatus for growing micro-algae at a gradually higher density through respective incubators in which microalgae are classified into at least two stages according to density ,

상기 각 단계의 배양기들은 밀폐된 수납 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버 내에서 상층으로부터 하층으로 미세 조류 배양액이 흐르도록 수직 방향으로 서로 이격되며 층을 이루도록 설치되는 다수의 수로형 연못 형태의 채널; 상기 최하층의 채널로부터 상기 최상층의 채널로 상기 미세 조류 배양액을 양수하는 양수 수단: 상기 각 층의 채널 상측에 설치되어 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 광량을 제공하는 조명 수단; 및 상기 챔버 내부에 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 이산화탄소 가스를 공급하는 이산화탄소 공급기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The incubators of each of the stages may include a chamber forming a closed storage space; A plurality of channel-shaped pond-shaped channels spaced apart from each other in a vertical direction so as to flow the microalgae culture liquid from the upper layer to the lower layer in the chamber; A pumping means for pumping the microalgae culture liquid from the lowest channel to the uppermost channel; lighting means provided on a channel of each of the layers to provide an amount of light necessary for photobiological reaction of microalgae; And a carbon dioxide supplier for supplying carbon dioxide gas required for photobiological reaction of the microalgae to the inside of the chamber.

여기서, 상기 전 단계의 배양기의 채널들보다 상기 후 단계의 배양기의 채널들이 깊이가 더 작고, 면적이 더 넓게 형성되고, 상기 전 단계의 배양기의 채널들보다 상기 후 단계의 배양기의 채널들이 더 많은 층수로 이루어지는 것이 바람직하다. Here, the channels of the incubator of the subsequent stage are smaller in depth than the channels of the incubator of the previous stage, the area of the channels of the latter stage is wider, and the channels of the incubator of the latter stage It is preferable that the number of layers is one.

또한, 상기 양수 수단은 상기 챔버 내에서 상기 최하층의 채널과 상기 최상층의 채널을 연결하도록 수직 설치되는 컨베이어형 수차; 상기 컨베이어형 수차를 수직 구동시켜 상기 최하층의 채널로부터 상기 최상층의 채널로 상기 미세 조류 배양액을 양수하도록 하는 구동 모터; 및 상기 챔버 외부 일측에 형성되어 풍력을 이용해 생산된 전력을 이용해 상기 구동 모터를 구동시키는 풍력 발전기;를 포함하는 구성될 수 있다. Further, the pumping means may include a conveyor-type aberration vertically installed to connect the channels of the lowermost layer and the channels of the uppermost layer in the chamber; A driving motor for vertically driving the conveyor type aberration to make the microalgae culture liquid be pumped from the lowermost channel to the uppermost channel; And a wind power generator which is formed at one side of the chamber and drives the drive motor using electric power generated by wind power.

또한, 상기 조명 수단은 상기 채널 외측에 설치되어 태양광을 집속하는 태양광 집속기; 및 상기 각 채널들이 상측에 설치되어 상기 태양광 집속기로부터 광섬유를 통해 전달된 태양광을 조사하도록 하는 조광기;를 포함하여 구성될 수 있다. Further, the illuminating means may include a solar concentrator installed outside the channel to concentrate solar light; And a dimmer installed on each of the channels to irradiate sunlight transmitted through the optical fiber from the solar concentrator.

이때, 상기 각 배양기들에 사용되는 채널들은 적어도 바닥면이 빛의 투과가 가능한 투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the channels used in the incubators are made of a transparent material at least on the bottom surface of which the light can be transmitted.

또한, 상기 이산화탄소 공급기는 이산화탄소 가스가 상기 최하층 채널 상측으로부터 상기 최상층 채널 상측으로 상향 공급되도록 설치되는 것이 바람직하다.
In addition, the carbon dioxide supplier is preferably installed such that carbon dioxide gas is supplied upward from the uppermost channel to the uppermost channel.

상기한 본 발명의 미세 조류 배양 장치에 따르면 미세 조류의 밀도에 따라 적어도 2단계 이상으로 분류되는 각각의 배양기들을 거처 점차 고 밀도로 배양하도록 하며, 이때 각 배양기들은 수로형 연못 형태의 다수의 채널들을 밀폐된 챔버 내에 다층 구조로 형성하고 다층 구조의 채널들 사이를 순환시키며 광생물 반응을 통해 좀더 효과적으로 미세 조류의 배양할 수 있도록 한다.According to the microalgae culture apparatus of the present invention, each of the incubators classified into at least two stages according to the density of the microalgae is cultivated gradually at a high density, wherein each of the incubators includes a plurality of channels in the form of a channel- Layered structure in an enclosed chamber, circulating between the channels of the multi-layer structure, and enabling microscopic algae to be cultured more effectively through photobioreaction.

또한, 본 발명의 미세 조류 배양 장치에 따르면, 각 단계별 배양기에 사용되는 수로형 연못 형태의 채널들을 배양하는 미세 조류의 셀 밀도에 따른 빛의 투과량의 변화에 따라 서로 다른 깊이, 면적 및 층수를 가지고 형성되도록 함으로써 미세 조류의 밀도에 따른 각 단계별 배양기 내에서 좀더 효과적으로 미세 조류의 배양이 이루어질 수 있도록 한다.
In addition, according to the microalgae culture apparatus of the present invention, microalgae that cultivate channel-shaped pond-shaped channels used in incubators at each stage have different depths, areas, and the number of layers depending on the changes in the light transmittance depending on the cell density of the microalgae So that the microalgae can be cultured more effectively in each stage of the incubator depending on the density of the microalgae.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 조류 배양 장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 1단계 미세 조류 배양 장치를 확대 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 1의 미세 조류 배양 장치의 각 단계별 배양기에 사용되는 수로형 연못 형태의 채널들을 비교하여 도시한 분해 사시도이다.
1 is a side cross-sectional view illustrating a microalgae culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is an enlarged side sectional view of the 1-stage microalgae culture apparatus of Fig. 1;
FIG. 3 is an exploded perspective view of a channel type pond-type channel used in each stage of the microalgae culture apparatus of FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 조류 배양 장치를 도시한 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view illustrating a microalgae culture apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 미세 조류 배양 장치(1)는 미세 조류의 밀도에 따라 적어도 2단계 이상으로 분류되는 각각의 배양기들(100, 200, 300)을 거쳐 배양되도록 구성된다.Referring to FIG. 1, the microalgae culture apparatus 1 of the present embodiment is configured to be cultured through respective incubators 100, 200, and 300 classified into at least two stages according to the density of microalgae.

본 실시예에 배양기들(100, 200, 300)은 배양되는 미세 조류의 밀도에 따라 3단계로 분류되어 3개의 배양기들(100, 20, 300)을 순차적으로 거치며 좀더 높은 셀 밀도를 갖도록 미세 조류를 증식 배양하는 것을 예시한다.In this embodiment, the incubators 100, 200, and 300 are classified into three stages according to the density of the microalgae to be cultured, and sequentially pass through three incubators 100, 20, and 300, Is proliferated.

즉, 도 1의 (a)에 도시한 제1 단계의 배양기(100)에서는 매우 낮은 셀 밀도(very low cell density)로 미세 조류 배양이 이루어지고, 도 1의 (b)에 도시한 제2 단계의 배양기(200)에는 제1 단계의 배양기(100)보다 높은 중간 셀 밀도(low cell density)의 미세 조류의 증식 배양이 이루어지며, 도 1의 (c)에 도시한 제3 단계의 배양기(300)에서는 제2 단계의 배양기(200)보다 높은 셀 밀도(high cell density)의 미세 조류 배양이 이루어지게 된다.That is, in the incubator 100 of the first stage shown in FIG. 1 (a), the microalgae culture is carried out at a very low cell density, and in the second stage shown in FIG. 1 (b) The microcavities of the medium cell density lower than that of the incubator 100 of the first stage are proliferated and cultured in the incubator 200 of the third stage shown in FIG. 1 (c) The cultivation of microalgae having a cell density higher than that of the incubator 200 of the second stage is performed.

그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 배양되는 미세 조류의 배양 특성에 따라 2 단계 이상의 배양기들을 포함하여 다양하게 구성될 수 있음은 당연하다.However, the present invention is not limited thereto, and it is of course possible to include a variety of incubators including two or more stages depending on the culture characteristics of microalgae to be cultured.

각 단계별 배양기들(100, 200, 300)은 챔버(110, 210, 310), 다수의 채널(120, 220, 320), 양수 수단(130, 230, 330), 조명 수단(140, 240, 340) 및 이산화탄소 공급기(150, 250, 350)를 포함하여 동일하게 구성되나, 배양되는 미세 조류의 밀도에 따라 채널들(120, 220, 320)의 깊이, 면적 및 층수를 서로 달리하여 구성된다. The incubators 100, 200, and 300 of each stage include chambers 110, 210 and 310, a plurality of channels 120, 220 and 320, pumping means 130, 230 and 330, lighting means 140, 240 and 340 And carbon dioxide feeders 150, 250, and 350. However, the channels 120, 220, and 320 have different depths, areas, and layers depending on the density of the microalgae to be cultured.

이하, 도 2에 도시한 제1 단계의 배양기(100)를 이루는 챔버(110), 다수의 채널들(120), 양수 수단(130), 조명 수단(140) 및 이산화탄소 공급기(150)에 대한 설명으로 제 2단계 및 제3 단계의 배양기들(200, 300)에 대한 공통적인 구성을 이루는 챔버(210, 310), 다수의 채널들(220, 320), 양수 수단(230, 330), 조명 수단(240, 340) 및 이산화탄소 공급기(250, 350)에 대한 중복적인 설명을 대신한다.A description of the chamber 110, the plurality of channels 120, the pumping means 130, the illumination means 140 and the carbon dioxide supply device 150 constituting the incubator 100 of the first stage shown in FIG. A plurality of channels 220 and 320, a plurality of pumping means 230 and 330, a plurality of channels 210 and 310, a plurality of channels 220 and 320, (240, 340) and the carbon dioxide feeder (250, 350).

도 2는 도 1의 1단계 미세 조류 배양 장치를 확대 도시한 측단면도이다.Fig. 2 is an enlarged side sectional view of the 1-stage microalgae culture apparatus of Fig. 1;

도 2를 참조하여 설명하면, 제1 단계의 배양기(100)는 전술한 바와 같이 챔버(110), 다수의 채널들(120), 양수 수단(130), 조명 수단(140) 및 이산화탄소 공급기(150)를 포함하여 구성된다.2, the first stage incubator 100 includes a chamber 110, a plurality of channels 120, a pumping means 130, a lighting means 140, and a carbon dioxide supplier 150 ).

챔버(110)는 내부에 미세 조류의 배양을 위해 상기한 구성들의 설비를 위한 밀폐된 수납 공간을 제공하도록 구성된다.The chamber 110 is configured to provide a closed containment space for the facilities of the above configurations for the cultivation of microalgae therein.

채널들(120)은 장방형의 수로형 연못 형태를 이루며 상층으로부터 하층으로 미세 조류 배양액이 흐르도록 상기한 챔버(110) 내에서 수직 방향으로 서로 이격되며 층을 이루도록 설치된다.The channels 120 are formed in the shape of a rectangular water channel pond and are vertically spaced and layered in the chamber 110 so as to flow the microalgae culture liquid from the upper layer to the lower layer.

따라서, 미세 조류들은 이들을 배양하기 위한 배양액 중에 포함되어 각 층의 수로형 연못 형태 채널들(120) 내부를 채우며 기설정된 기간 동안 체류한 후 넘쳐 하층으로 흘러내리는 과정을 반복하며 각 채널들을 따라 미세 조류의 증식 배양이 이루지게 된다.Therefore, the microalgae are contained in the culture liquid for culturing them, and the process of filling the inside of the channel-shaped pond-shaped channels 120 of each layer and staying over a predetermined period and then flowing down to the overflow layer is repeated. Of the culture medium.

전술한 바와 같이, 각 단계별 배양기들(100, 200, 300)에 적용되는 채널들(120, 220, 320)은 배양되는 미세 조류의 밀도에 따라 깊이, 면적 및 층수의 차이를 서로 다르게 적용하게 되며, 이에 대한 상세한 설명은 이하 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명하기로 한다. As described above, the channels 120, 220, and 320 applied to the incubators 100, 200, and 300 of the respective stages are different in depth, area, and number of layers depending on the density of the microalgae to be cultured And a detailed description thereof will be described in more detail with reference to FIG.

양수 수단(130)은 상기 최하층의 채널(120)로부터 상기 최상층의 채널(120)로 상기한 미세 조류 배양액을 양수하여 재순환시킬 수 있도록 구성된다.The pumping means 130 is configured to pump and recycle the microalgae culture fluid from the lowest channel 120 to the uppermost channel 120.

본 실시예에서 양수 수단(130)은 컨베이어형 수차(132), 구동 모터(131) 및 풍력 발전기(135)를 포함하여 구성되는 것을 예시한다.In this embodiment, the pumping means 130 is configured to include the conveyor type aberration 132, the drive motor 131, and the wind power generator 135.

컨베이어형 수차(132)는 상기한 챔버(110)의 내부 일측에서 상기한 최하층의 채널(120)과 상기한 최상층의 채널(120)을 연결하도록 수직 설치된다.The conveyor type aberration 132 is vertically installed so as to connect the channel 120 of the lowermost layer and the channel 120 of the uppermost layer at one side of the inside of the chamber 110 described above.

구동 모터(131)는 상기한 컨베이어형 수차(132)를 수직 구동시켜 상기한 최하층의 채널(120)로부터 상기 미세 조류 배양액을 상기한 최상층의 채널(120)로 양수하도록 구성된다. The drive motor 131 drives the conveyor type aberration 132 to vertically pump the microalgae culture liquid from the lowermost channel 120 to the uppermost channel 120.

풍력 발전기(135)는 상기한 챔버(110)의 외부 일측에 형성되어 풍력을 이용해 추가적인 에너지 공급 없이 자체 생산된 전력을 이용해 상기한 구동 모터(131)를 구동시키도록 한다.The wind turbine generator 135 is installed at one side of the chamber 110 and drives the driving motor 131 using the self-produced power without supplying additional energy by using wind power.

따라서, 본 실시예에서는 풍력 발전기(135)를 통해 자체 생산된 전력을 이용해 구동 모터(131)를 가동시켜 컨베이어형 수차(132)를 통해 최하층의 채널(120)로 흘러 내린 미세 조류 배양액을 최상층의 채널(120)로 양수하여 재순환시킬 수 있도록 한다. Therefore, in this embodiment, the micro-algae culture fluid flowing into the lowest channel 120 through the conveyor-type aberration 132 by driving the drive motor 131 using the power produced through the wind power generator 135 is referred to as the uppermost layer Channel 120 to be recycled.

조명 수단(140)은 상기 각 층의 채널(120)들 상측에 설치되어 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 광량을 제공하도록 구성된다.The illuminating means 140 is installed above the channels 120 of the respective layers and is configured to provide a light amount required for photobiological reaction of microalgae.

본 실시예에서 조명 수단(140)은 복수의 태양광 집속기(141) 및 조광기(142)들을 포함하여 구성되는 것을 예시한다.In this embodiment, the illumination means 140 is configured to include a plurality of solar concentrators 141 and dimmers 142.

태양광 집속기(141)는 상기한 챔버(110) 외측에 설치되어 태양광을 집속하도록 구성되고, 조광기(142)들은 상기 각 채널(120)들의 상측에 설치되어 상기 태양광 집속기로부터 광섬유를 통해 전달된 태양광을 조사할 수 있도록 설치된다.The solar concentrator 141 is installed outside the chamber 110 to concentrate solar light and the dimmer 142 is installed on the upper side of each of the channels 120 to receive the optical fiber from the solar concentrator So as to irradiate the sunlight transmitted through the solar cell.

따라서, 채널(120)들의 층수에 따라 각 태양광 집속기(141)에서 집속된 태양광을 광섬유를 통해 각층의 조광기(142)들로 전달한 후, 조광기(142)들을 통해 각 채널(120)들 내부에서 배양되는 미세 조류에 태양광을 조사할 수 있도록 한다. Therefore, according to the number of the channels 120, the sunlight focused by each solar concentrator 141 is transmitted to the dimmers 142 of the respective layers through the optical fiber, So that micro-algae cultured inside can be irradiated with sunlight.

한편, 상기한 조광 수단(140)을 통해 각 채널(120)들 내부로 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 량의 태양광이 충분히 조사될 수 있도록, 각각이 채널들(120)은 적어도 바닥면이 빛의 투과가 가능한 투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. In order to sufficiently irradiate sunlight to the inside of each of the channels 120 through the dimming unit 140 for the photobiological reaction of the microalgae, And is preferably made of a transparent material capable of transmitting light.

따라서, 상기한 조광 수단(140)을 이용해 채널들(120)의 상측 뿐만 아니라, 하측 방향으로도 태양광을 조사해 줄 수 있어 채널들(120)의 깊이를 최대 2배까지 깊게 형성할 수 있게 된다.Therefore, by using the dimming unit 140, sunlight can be irradiated not only on the upper side but also on the lower side of the channels 120, so that the depth of the channels 120 can be deepened up to twice .

그리고, 이산화탄소 공급기(150)는 상기한 챔버(110) 내부에 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 이산화탄소 가스를 공급하도록 구성된다. The carbon dioxide supplier 150 is configured to supply the carbon dioxide gas necessary for the photobiological reaction of the microalgae into the chamber 110.

본 실시예에서 이산화탄소 공급기(150)는 상기 챔버의 일측 벽면 하측을 관통하며 연결되어, 상기한 최하층 채널(120) 상측으로부터 상기 최상층 채널(120) 상측으로 상향 공급되게 이산화탄소 가스를 공급하도록 구성된다. In this embodiment, the carbon dioxide supplier 150 is configured to pass through the lower side of one side wall of the chamber and supply carbon dioxide gas upwardly from the uppermost channel 120 to the uppermost channel 120.

따라서, 이산화탄소 공급기(150)를 통해 챔버(100) 내부로 공급된 이산화탄소 가스는 미세 조류 배양액에 용해되어 광색물 반응을 통해 미세 조류의 증식 배양에 이용된다. Therefore, the carbon dioxide gas supplied into the chamber 100 through the carbon dioxide supplier 150 is dissolved in the microalgae culture solution, and is used for the proliferation of microalgae through the photochromic reaction.

한편, 본 실시예에서와 같이 이산화탄소 공급기(150)를 통해 이산화탄소 가스를 미세 조류 배양액의 하향 흐름과 대향되는 상향 공급 방식으로 공급하는 이유는, 상대적으로 미세 조류의 밀도 높은 하층의 채널(120) 내부에 더 많은 이산화탄소가 공급될 수 있도록 하기 위함이다. The reason why the carbon dioxide gas is supplied through the carbon dioxide supplier 150 as an uptake mode opposed to the downward flow of the microalgae culture liquid is that the relatively low density microalgae So that more carbon dioxide can be supplied.

물론, 상기한 이산화탄소 공급기(150)를 통해 이산화탄소 가스가 공급되지 못한 상층의 채널들(120)에 대해서는 추가적인 이산화탄소 공급기 또는 공급 배관의 추가 가설을 통해 필요한 량의 이산화탄소 가스가 충분히 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. Of course, for the channels 120 in the upper layer where the carbon dioxide gas is not supplied through the carbon dioxide supplier 150, it is possible to sufficiently supply the necessary amount of the carbon dioxide gas through the additional hypothesis of the carbon dioxide supplier or the supply pipe desirable.

따라서, 본 실시예의 미세 조류 배양 장치(1)는 미세 조류의 밀도에 따라 적어도 2단계 이상으로 분류되는 각각의 배양기들(100, 200, 300)을 거처 점차 고 밀도로 증식 배양이 이루어지도록 하며, 이때 각 배양기들(100, 200, 300)은 수로형 연못 형태의 다수의 채널들(120, 220, 320)을 밀폐된 챔버(110, 210, 310) 내에 다층 구조로 형성하고 다층 구조의 채널(120, 220, 320)들 사이를 순환시키며 미세 조류의 광색물 반응에 필요한 태양광과 이산화탄소를 공급하여 좀더 효과적으로 미세 조류를 배양할 수 있도록 한다. Accordingly, the microalgae culture apparatus 1 of the present embodiment allows the growth of the microalgae to be performed at a high density through each of the incubators 100, 200, and 300 classified into at least two stages according to the density of microalgae, At this time, each incubator 100, 200, 300 includes a plurality of channels 120, 220, 320 in the form of a channel pond in a multi-layered structure in sealed chambers 110, 210, 310, 120, 220, and 320, and supplies sunlight and carbon dioxide necessary for the photochromic reaction of the microalgae, so that microalgae can be cultured more effectively.

도 3은 도 1의 미세 조류 배양 장치의 각 단계별 배양기에 사용되는 수로형 연못 형태의 채널들을 비교하여 도시한 분해 사시도이다.FIG. 3 is an exploded perspective view of a channel type pond-type channel used in each stage of the microalgae culture apparatus of FIG.

도 3을 참조하여 설명하면, 각 단계별 배양기(100, 200, 300)들에 사용되는 수로형 연못 형태이 채널들(120, 220, 320)은 배양되는 미세 조류 배양의 셀 밀도에 따라 빛의 투과량의 변화에 따라 서로 다른 깊이(h), 면적(a) 및 층수를 가지고 형성되게 된다. 3, the channels 120, 220, and 320, which are used in the incubators 100, 200, and 300 of the respective stages, (H), area (a) and number of layers depending on the change.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 단계 배양기(100)에서 배양되는 미세 조류는 셀 밀도가 매우 낮기 때문에 빛의 투과가 상대적으로 잘 이루어지게 된다. As shown in FIG. 3 (a), the microscopic alga cultured in the first stage incubator 100 has a relatively low cell density, so that light is transmitted relatively well.

따라서, 제1 단계의 배양기(100)에 사용되는 채널(120)은 상대적으로 깊이(h1)를 깊게 하되 면적(a1)과 층수를 줄여 초기에 미세 조류가 좀더 효과적으로 배양되도록 하는 것이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the channel 120 used in the incubator 100 in the first stage is made to deepen the depth h1 relatively and reduce the area a1 and the number of layers so that the microalgae can be cultured more effectively at an early stage.

본 실시예에서 제1 단계 배양기에 사용되는 채널은 깊이(h1)를 1m로 하고, 면적(a1)을 100m2로 하여, 3층 구조로 이루어지도록 하는 것을 예시한다. The channel used in the first stage incubator in this embodiment is exemplified as having a three-layer structure with a depth h1 of 1 m and an area a1 of 100 m 2 .

도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 단계 배양기(200)에서 배양되는 미세 조류가 어느 정도 성장하며 제1 단계 배양기(100)에서 보다 상태적으로 높은 셀 밀도를 가지기 때문에 빛의 투과 정도가 약화된다.As shown in FIG. 3 (b), micro-algae cultured in the second-stage incubator 200 grow to some extent and have a higher cell density than the first-stage incubator 100, .

따라서, 제2 단계의 배양기(200)에 사용되는 채널(220)은 제1 단계의 배양기(100)에 사용되는 채널들(120)보다 상대적으로 깊이를 줄이되, 제1 단계의 배양기로부터 넘어온 미세 조류 배양액을 모두 수용할 수 있게 면적과 층을 상대적으로 증가시키는 것이 바람직하다.Therefore, the channel 220 used in the incubator 200 in the second stage is relatively reduced in depth than the channels 120 used in the incubator 100 in the first stage, and the micro-algae It is preferable to relatively increase the area and the layer so as to accommodate all of the culture liquid.

본 실시예에서 제2 단계 배양기(200)에 사용되는 채널들(220)의 깊이(h2)를 30cm로 줄이되, 면적(a2)을 125m2로 늘리며 8층 구조로 증가시킨 것을 예시한다.The depth h2 of the channels 220 used in the second stage incubator 200 is reduced to 30 cm and the area a2 is increased to 125 m 2 and increased to an eight-layer structure.

도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 제3 단계 배양기(300)에서 배양되는 미세 조류는 제2 단계 배양기(200)에서 보다 상대적으로 높은 셀 밀도를 가지기 때문에 빛의 투과 정도가 더욱 약화된다.As shown in FIG. 3 (c), the microscopic algae cultured in the third stage incubator 300 has a relatively higher cell density than that of the second stage incubator 200, so that the degree of light transmission is further weakened .

따라서, 제3 단계의 배양기(300)에 사용되는 채널(320)은 제2 단계의 배양기(200)에 사용되는 채널들(220)보다 상대적으로 깊이를 줄이되, 제2 단계의 배양기(200)로부터 넘어온 미세 조류 배양액을 모두 수용할 수 있게 면적과 층을 상대적으로 증가시키는 것이 필요하다. Therefore, the channel 320 used in the incubator 300 in the third stage is relatively reduced in depth from the channels 220 used in the incubator 200 in the second stage, It is necessary to relatively increase the area and the layer so as to accommodate all the microalgae cultures that have been passed over.

본 실시예에서 제3 단계 배양기(300)에 사용되는 채널들(320)은 깊이(h3)를 10cm로 줄이되, 면적(a3)을 200m2로 하며, 15층 구조로 구성하는 것을 예시한다.In this embodiment, the channel 320 used in the third stage incubator 300 has a 15-layer structure with a depth h3 reduced to 10 cm and an area a3 of 200 m 2 .

이처럼, 본 실시예의 미세 조류 장치(1)는 각 단계별 배양기들(100, 200, 300)에 사용되는 수로형 연못 형태의 채널들(120, 220, 320)을 배양하는 미세 조류의 셀 밀도에 따른 빛의 투과량의 변화에 따라 서로 다른 깊이, 면적 및 층수를 가지고 형성되도록 함으로써 각 단계별 배양기들(100, 2200, 300) 내에서 미세 조류의 밀도에 따른 좀더 효과적으로 미세 조류의 배양이 이루어질 수 있도록 한다.As described above, the micro-algae apparatus 1 according to the present embodiment is characterized in that the micro-algae apparatus 1 according to the present embodiment is provided with the micro-algae cells 120, 220, and 320, The micro-algae can be cultured more effectively according to the density of the micro-algae in the incubators 100, 2200, and 300 of the respective stages by forming the micro-algae with different depth, area, and number of layers according to the change of the light transmission amount.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. And it goes without saying that they belong to the scope of the present invention.

1: 미세 조류 배양 장치 100, 200, 300: 배양기
110, 210, 310: 챔버 120, 220, 320: 채널
130, 230, 330: 양수 수단 131, 231, 331: 구동 모터
132, 232, 332: 컨베이어형 수차 135, 235, 335: 풍력 발전기
140, 240, 340: 조광 수단 141, 241, 341: 태양광 집속기
142, 242, 342: 조광기 150, 250, 350: 이산화탄소 공급기
1: Microalgae culture apparatus 100, 200, 300: incubator
110, 210, 310: chambers 120, 220, 320:
130, 230, 330: Pumping means 131, 231, 331:
132, 232, 332: conveyor type aberration 135, 235, 335: wind turbine generator
140, 240, 340: dimming means 141, 241, 341:
142, 242, 342: dimmer 150, 250, 350: carbon dioxide supplier

Claims (7)

미세 조류들이 밀도에 따라 적어도 2 단계 이상으로 분류되는 각각의 배양기들을 거쳐 점차 높은 밀도로 미세 조류를 증식 배양하는 미세 조류 배양 장치에 있어서,

상기 각 단계의 배양기들은,
밀폐된 수납 공간을 형성하는 챔버;
상기 챔버 내에서 상층으로부터 하층으로 미세 조류 배양액이 흐르도록 수직 방향으로 서로 이격되며 층을 이루도록 설치되는 다수의 수로형 연못 형태의 채널;
층을 이루도록 설치되는 상기 채널중 최하층 채널로부터 최상층 채널로 상기 미세 조류 배양액을 양수하는 양수 수단:
상기 각 층의 채널들 상측에 설치되어 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 광량을 제공하는 조명 수단; 및
상기 챔버 내부에 미세 조류의 광생물 반응에 필요한 이산화탄소 가스를 공급하는 이산화탄소 공급기;를 포함하고,

2단계 이상의 상기 단계중 전 단계의 배양기 채널들보다 후 단계의 배양기 채널들이 깊이가 더 작고, 면적이 더 넓게 형성되는 미세 조류 배양 장치.
A microalgae culture apparatus for growing micro-algae at a high density through respective incubators in which microalgae are classified into at least two stages according to their density,

The incubators of the above-
A chamber defining an enclosed storage space;
A plurality of channel-shaped pond-shaped channels spaced apart from each other in a vertical direction so as to flow the microalgae culture liquid from the upper layer to the lower layer in the chamber;
Wherein the microalgae culture medium is pumped from the lowest channel to the uppermost channel among the channels provided so as to form a layer;
Illuminating means provided above the channels of each of the layers to provide an amount of light necessary for photobiological reaction of microalgae; And
And a carbon dioxide supplier for supplying carbon dioxide gas required for photobiological reaction of the microalgae to the inside of the chamber,

Wherein the incubator channels of the downstream stage are smaller in depth and larger in area than the culture channels of the previous stage in the two or more stages.
삭제delete 제1항에서,
상기 전 단계의 배양기의 채널들보다 상기 후 단계의 배양기의 채널들이 더 많은 층수로 이루어지는 미세 조류 배양 장치.
The method of claim 1,
Wherein the channel of the incubator of the later stage is composed of more layers than the channels of the incubator of the previous stage.
제1항에서,
상기 양수 수단은,
상기 챔버 내에서 상기 최하층의 채널과 상기 최상층의 채널을 연결하도록 수직 설치되는 컨베이어형 수차;
상기 컨베이어형 수차를 수직 구동시켜 상기 최하층의 채널로부터 상기 최상층의 채널로 상기 미세 조류 배양액을 양수하도록 하는 구동 모터; 및
상기 챔버 외부 일측에 형성되어 풍력을 이용해 생산된 전력을 이용해 상기 구동 모터를 구동시키는 풍력 발전기;를 포함하는 미세 조류 배양 장치.
The method of claim 1,
The above-
A conveyor type aberration vertically installed to connect the channel of the lowest layer and the channel of the uppermost layer in the chamber;
A driving motor for vertically driving the conveyor type aberration to make the microalgae culture liquid be pumped from the lowermost channel to the uppermost channel; And
And a wind power generator which is formed at one side of the chamber and drives the driving motor by using power generated by wind power.
제1항에서,
상기 조명 수단은,
상기 챔버 외측에 설치되어 태양광을 집속하는 태양광 집속기; 및
상기 각 채널들의 상측에 설치되어 상기 태양광 집속기로부터 광섬유를 통해 전달된 태양광을 조사하도록 하는 조광기;를 포함하는 미세 조류 배양 장치.
The method of claim 1,
Wherein the illumination means comprises:
A solar concentrator installed outside the chamber to concentrate solar light; And
And a dimmer installed at an upper side of each of the channels to irradiate solar light transmitted through the optical fiber from the solar concentrator.
제5항에서,
상기 각 배양기들에 사용되는 채널들은 적어도 바닥면이 빛의 투과가 가능한 투명 재질로 이루어지는 미세 조류 배양 장치.
The method of claim 5,
Wherein the channels used in the incubators are made of a transparent material, at least the bottom surface of which is permeable to light.
제1항에서,
상기 이산화탄소 공급기는,
이산화탄소 가스가 층을 이루도록 설치되는 상기 채널중 최하층 채널 상측으로부터 최상층 채널 상측으로 상향 공급되게 설치되는 미세 조류 배양 장치.
The method of claim 1,
The carbon dioxide feeder includes:
Wherein the channel is provided so as to be upwardly supplied from the uppermost channel to the uppermost channel of the channel, wherein the carbon dioxide gas is layered.
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